Una vista laterale del meteorite Allende, visualizzando le inclusioni di CAl bianche. Credito:California Institute of Technology
Gli scienziati hanno scoperto un nuovo tipo di polvere stellare la cui composizione indica che si è formata durante una rara forma di nucleosintesi (il processo attraverso il quale vengono creati nuovi nuclei atomici) e potrebbe gettare nuova luce sulla storia dell'acqua sulla Terra.
Un team guidato da cosmochimici del Caltech e della Victoria University di Wellington in Nuova Zelanda ha studiato gli antichi aggregati di minerali all'interno del meteorite Allende (che è caduto sulla Terra nel 1969) e ha scoperto che molti di loro avevano quantità insolitamente elevate di stronzio-84, un isotopo leggero relativamente raro dell'elemento stronzio che è così chiamato per gli 84 neutroni nel suo nucleo.
"Lo stronzio-84 fa parte di una famiglia di isotopi prodotti da un processo nucleosintetico, chiamato il processo p, che resta misterioso, " dice François L. H. Tissot del Caltech, professore assistente di geochimica. "I nostri risultati indicano la sopravvivenza di grani che potrebbero contenere stronzio-84 puro. Questo è eccitante, poiché l'identificazione fisica di tali grani fornirebbe un'opportunità unica per saperne di più sul processo p".
Tissot e il collaboratore Bruce L. A. Charlier della Victoria University di Wellington sono co-autori conduttori di uno studio che descrive i risultati che è stato pubblicato in Progressi scientifici il 9 luglio.
"Questo è davvero interessante, "Dice Charlier. "Vogliamo sapere qual è la natura di questo materiale e come si inserisce nel mix di ingredienti che è andato a formare la ricetta per i pianeti".
Stronzio (simbolo atomico:Sr), un metallo chimicamente reattivo, ha quattro isotopi stabili:lo stronzio-84 e i suoi cugini più pesanti che ne hanno 86, 87, o 88 neutroni nei loro nuclei. Gli scienziati hanno scoperto che lo stronzio è utile quando si tenta di datare oggetti del primo sistema solare perché uno dei suoi isotopi pesanti, stronzio-87, è prodotto dal decadimento dell'isotopo radioattivo rubidio-87 (simbolo atomico:Rb).
Il rubidio-87 ha un'emivita molto lunga, 49 miliardi di anni, che è più di tre volte l'età dell'universo. L'emivita rappresenta la quantità di tempo necessaria affinché la radioattività di un isotopo scenda alla metà del suo valore originale, consentendo a questi isotopi di fungere da cronometri per datare campioni su scale temporali variabili. Il più famoso isotopo radioattivo utilizzato per la datazione è il carbonio-14, l'isotopo radioattivo del carbonio; con la sua emivita di circa 5, 700 anni, il carbonio-14 può essere utilizzato per determinare l'età dei materiali organici (contenenti carbonio) su scale temporali umane, fino a circa 60, 000 anni. rubidio-87, in contrasto, può essere utilizzato per datare gli oggetti più antichi dell'universo, e, più vicino a casa, gli oggetti del sistema solare.
Ciò che è particolarmente interessante nell'usare la coppia Rb-Sr per la datazione è che il rubidio è un elemento volatile, cioè tende ad evaporare per formare una fase gassosa anche a temperature relativamente basse, mentre lo stronzio non è volatile. Come tale, il rubidio è presente in una proporzione maggiore negli oggetti del sistema solare che sono ricchi di altri volatili (come l'acqua), perché si sono formati a temperature più basse.
Controintuitivamente, La Terra ha un rapporto Rb/Sr 10 volte inferiore a quello dei meteoriti ricchi d'acqua, il che implica che il pianeta si è accresciuto da materiali poveri d'acqua (e quindi poveri di rubidio) o si è accresciuto da materiali ricchi d'acqua ma ha perso la maggior parte della sua acqua nel tempo così come il suo rubidio. Capire quale di questi scenari si è verificato è importante per comprendere l'origine dell'acqua sulla Terra.
Un'inclusione CAI nel meteorite Allende. Questa inclusione contiene stronzio, che è stato isolato e studiato da Tissot e colleghi. Credito:California Institute of Technology
In teoria, il cronometro Rb-Sr dovrebbe essere in grado di separare questi due scenari, poiché la quantità di Sr-87 prodotta dal decadimento radioattivo in un dato periodo di tempo non sarà la stessa se la Terra partisse con molto rubidio rispetto a meno materiale.
In quest'ultimo scenario, cioè., con meno rubidio, la Terra appena formata sarebbe stata povera di sostanze volatili come l'acqua, quindi la quantità di Sr-87 nella terra e nei meteoriti poveri di volatili sarebbe simile a quella osservata nei solidi del sistema solare più antichi conosciuti, i cosiddetti CAI. I CAI sono inclusioni ricche di calcio e alluminio che si trovano in alcuni meteoriti. Risalente a 4.567 miliardi di anni, I CAI rappresentano i primi oggetti che si sono condensati nella prima nebulosa solare, l'appiattito, disco rotante di gas e polvere da cui è nato il sistema solare. Come tale, Le CAL offrono una finestra geologica su come e da quale tipo di materiali stellari si è formato il sistema solare.
"Sono testimoni critici dei processi che avvenivano mentre si stava formando il sistema solare, "dice Tissot.
Però, la composizione dei CAI ha a lungo confuso la capacità degli scienziati di determinare se la Terra si sia formata per lo più secca o meno. Questo perché le CAL, a differenza di altri materiali del sistema solare, hanno rapporti anomali dei quattro isotopi di stronzio, con una proporzione leggermente elevata di stronzio-84. Così, rappresentano una sfida alla validità del sistema di datazione rubidio-stronzio. E sollevano anche una domanda chiave:perché sono diversi?
Per saperne di più, Tissot e Charlier hanno preso nove campioni di cosiddetti CAL a grana fine. I CAI a grana fine hanno conservato il loro condensato (cioè, consistenza simile a un fiocco di neve), che testimonia la loro natura incontaminata.
Il team ha accuratamente lisciviato questi CAI bagnandoli in acidi gradualmente più aggressivi per rimuovere i minerali più chimicamente reattivi (e lo stronzio che contengono), lasciando un concentrato della sola frazione più resistente. Il campione finale conteneva Sr-84 quasi puro, mentre un campione tipico è composto dallo 0,56% di Sr-84.
"La lisciviazione a gradini è un po' uno strumento contundente perché non sei del tutto sicuro di cosa esattamente stai distruggendo ad ogni passaggio, " dice Charlier. "Ma il nocciolo di quello che abbiamo trovato è che una volta eliminato il 99% dei componenti comuni all'interno dei CAI, quello che ci rimane è qualcosa di altamente esotico che non ci aspettavamo".
"La firma è diversa da qualsiasi altra cosa trovata nel sistema solare, " dice Tissot. I grani che portano questa firma, Tissot e Charlier hanno concluso, deve essersi formato prima della nascita del sistema solare ed essere sopravvissuto a quel processo catastrofico durante il quale i grani stellari venivano riscaldati a temperature estremamente elevate, vaporizzato, e poi condensato in materiali solidi.
Data la relativa abbondanza di stronzio-84, la scoperta indica la probabile esistenza nei meteoriti di granuli di dimensioni nanometriche contenenti stronzio-84 quasi puro che si sono formati durante un raro processo nucleosintetico prima della formazione del sistema solare stesso. La natura di questi grani è ancora un mistero, poiché solo la loro composizione isotopica in stronzio ne rivela l'esistenza. Ma gli alti livelli di Sr-84 nei CAI suggeriscono che la Terra e i meteoriti poveri di volatili hanno più stronzio-87 dei CAI, favorendo lo scenario in cui la Terra si è accresciuta con più acqua ed elementi volatili, che sono stati successivamente persi entro i primi milioni di anni dopo la loro formazione.
Il Progressi scientifici l'articolo è intitolato "Sopravvivenza dei portatori di p-nuclidi presolari nella nebulosa rivelati dalla lisciviazione graduale delle inclusioni refrattarie di Allende".
